大慶石油學院年生入學考試傳熱學試題及答案

2005年研究生入學考試傳熱學一、簡答題（每題5分，共50分）1、導熱系數(shù)的物理意義及我國國家標準中保溫材料的定義。2、試分別用數(shù)學語言及傳熱學術(shù)語說明導熱問題三種類型的邊界條件。3、用一支插入裝油的鐵套管中的玻璃水銀溫度計來測量儲氣筒里的空氣溫度，請分析如何減小測試誤差。4、肋效率的定義。5、兩強制對流或兩自然對流換熱相似的條件。6、簡述強化膜狀凝結(jié)換熱的基本原則及實現(xiàn)方法。7、沸騰有核態(tài)沸騰和膜態(tài)沸騰，試問：蒸發(fā)器應設(shè)計在哪種沸騰區(qū)？為什么?8、寫出基爾霍夫定律在“全波段、半球空間”這一層次上的數(shù)學表達式。9、寫出維恩位移定律，如何利用該定律進行溫度測量。10、氣體輻射的特點。二、推導題（10分）試推導二維、不可壓縮牛頓型流體、常物性、無內(nèi)熱源、粘性耗散熱忽略的條件下對流換熱能量守恒微分方程式，并說明式中各項的物理含義及與相應純導熱微分方程式的區(qū)別與聯(lián)系。三、計算題（每題10分，共70分）1、兩層平壁穩(wěn)態(tài)導熱溫度場，如圖1所示，已知△t1/△t2=2，δ1/δ2=1/3，求，λ1/λ2，R1/R22、有一半球形容器，底部圓形面被均分為1、2，半球內(nèi)壁面為3，如圖２所示。計算X3,1和X3,2。圖１圖2蚊3凍、將初始瓣溫度還為妄40芬0帝℃譯，直徑直為喇15m該m剖的鋁球突減然拋席入躁1也5劣℃仆的空氣中門。已知鋁臣球表面與巖周圍環(huán)境蜂間的對流面換熱表面跡傳熱系版數(shù)爸h=40郊W廳/愁（享m2·候K施），鋁球質(zhì)的物性參姨數(shù)減為夕ρ趙=270醒0kg/蜂m毅3憤，絡(luò)c=0.邊9kJ纖/崗（殖kg·裂K笨）思，志λ爹=240防W藝/孩（墊m·茅K沈）。試確毒定該鋁球壞由允40盡0忠℃蓬降挖至于10弱0組℃施所需的時齒間。（忽畏略輻射換堅熱）句４、兩平之行大平壁承的發(fā)射率普分別為憤0.霉5晚和如0.束8著，如果中痕間加入一定片兩面發(fā)淚射率均攏為荒0.0述5村的鋁箔，恥計算輻射侵換熱減少各的百分數(shù)腹。世５、某房須間吊裝一你水銀溫度起計讀數(shù)為沿1奔5卵℃答，已知溫處度計頭部冊發(fā)射率（心黑度）培為卻0.拉9揀，頭部與語室內(nèi)空氣驗間的對流撇換熱系數(shù)厘為狡20W影/削（凍m2·湯K聞）而,好墻表面溫眾度很為樣1雙0脾℃閃，求該溫鹿度計的測舒量誤差。券６、用一搜個殼側(cè)為鍛一程的殼飄管式換熱彩器冷凝搖1.01糧3*10勒5P鑰a艘的飽和水越蒸汽，要定求每小時勉內(nèi)凝倆結(jié)董18k覽g淡蒸汽，進酸入換熱器側(cè)的冷卻水擋溫度驚為夠2囑5孩℃技，離開時棄為弄6因0播℃寇，設(shè)傳熱傘系謀數(shù)育K=18封00兵W皂/馳（螺m2·繳K膜），問所捉需的傳熱脖面積是多輝少？此時腔汽化潛熱卸為慰2257曾.1kJ示/k稈g軌。很(1.冒013*騾105P絲a爺壓力下水桌蒸氣溫度算為粗10略0民℃亭)磁７、某管寸線的外徑駁為阻22m儉m普，擬用石幣棉或巖棉櫻保溫，兩蛾種材料的抄導熱系數(shù)服分別趁為遭0.12喪W/(賓m·K洽)停及芒0.速0闊５反W/(在m·K朽)麗，保溫層簡外表面與末空氣間的航對流換熱絲系數(shù)饞為低10W蜜/(m2珠·K征)鐵。分別計鄙算臨界絕御緣直徑，齊并分析為襪了減少散苗熱損失，李若坡用池5m拿m但厚的保溫怒材料保溫肯，哪種材別料合適。欲四、計算幣題（本題嶺2那0式分）屬有一水平袖管道直徑咐為補200m關(guān)m冠，分別包短有貪=0.0只4W世/忌（獵m·距K獎），和遷=0.0爆5W兄/聲（槳m·舞K找）的保溫掃材料，厚籮度分別晉為艷20m噴m東和歇30m乳m領(lǐng)，管內(nèi)流冰有造5黃0測℃伏的空氣，畜流速縮為級10m/拳s保，管外大尖氣溫度科為協(xié)1坦0耐℃忙。（管道貍厚度很薄蟲，可以忽爬略不計）游求：古1律.刺管內(nèi)的對現(xiàn)流換熱系江數(shù)。檔（始5肢分）肅2樓.折管外的對序流換熱系口數(shù)。備（矮5躬分）剖3禮.驅(qū)每米管道靠總的熱阻然及傳熱系剖數(shù)。鉤（聰5扛分）勻4倆.蠻每小療時作5坊m岔長管段的敵散熱量。灑（巧5露分）桑備注：話1寫.睛管內(nèi)流動擠的對流換濤熱實驗關(guān)涂聯(lián)提式牛:莊2沸.多管外橫掠綿的對流換捧熱實驗關(guān)礎(chǔ)聯(lián)半式業(yè):刺3陶.旦管外自然飯對流換熱戰(zhàn)實驗關(guān)聯(lián)繞式歡:厭（注：此窄關(guān)聯(lián)式中尚定性溫度聲取管外流津體溫度，封中的導Δ惰t=評5齒℃貪，其體積等膨脹系數(shù)售可按管外故為理想氣臉體計算）線4微.填空氣的熱霉物性：音t飽℃宮ρ剩kg/m藥3朝Cp晶kJ/k暢g.K撈λ脾*獅W/m.業(yè)K滲υ惠*榜Pr探1扶0兔℃刮1.25位1.0旋2.5禮14.0皂0.7根2謠0正℃鴉1.20吧1.0沾2.6除15.0供0.7閉2騰5狗℃共1.18摩1.0顆2.6秤15.5副0.7子4溝0塞℃勢1.10犬1.0命2.8售17.0饒0.7縫5秘0奉℃說1.10徐1.0獲2.8謎18.0餓0.7令200登5魂年研究生映入學考試塑傳熱學答泰案紡一、簡答用題（每題蝶5欺分，犬共余5北0由分稍）努1沃、導熱系般數(shù)是表征激材料導熱禿性能優(yōu)劣陜的參數(shù)，見數(shù)值上，萍它等于在湯單位溫度浙梯度作用氏下物體內(nèi)魂所產(chǎn)生的何熱流密度佩矢量的模培。我國國躺家標準Ｇ挑Ｂ議4272煩-9肺2笑規(guī)賊定巾:枕凡平均溫對度不高脾于往350碰℃齡時導熱系煩數(shù)不大于到0.12語W/(彈m·K宿)兼的材料稱纏為保溫材擾料。腸2覽、戴(1啊)困第一類邊抄界條件：簽規(guī)定了邊壓界上的溫包度值。時，霞(2紗)昏第二類邊澤界條件：家規(guī)定了邊世界上的熱淹流密度值夢。時，層(3您)甜第三類邊百界條件：盞規(guī)定了邊醉界上物體尊與周圍流慶體間的表威面?zhèn)鳠嵯灯輸?shù)段h殿及周圍流秋體的溫免度護t吵f碗。時，陜3惑、獎(1昏)劫選用導熱賊系數(shù)更小中的材料作末套管迫；發(fā)(2岔)矛盡量增加益套管高度這，并減小迷壁惡；妙(3傳)繁強化套管殿與流體間虛的換熱咐；陣(4醬)綢在儲氣筒釘外包以保彎溫材料。常4亭、肋效率先。糾５、講(1惜)敘兩強制對圖流換熱相姿似條件像：剝R斥e祖相等奪、煎P鳴r軟數(shù)相等，車單值性條繪件相似；瘦(2泳)的兩自然對侄流換熱相犬似條件碧：佛G潤r析相等習、詞P滋r并數(shù)相等，塑單值性條辣件相似。拴6冰、起(1獨)貪強化膜狀行凝結(jié)換熱材基本原則迎：盡量減頓薄粘滯在弟換熱表面服上的液膜誦厚度；營(2憲)淺實現(xiàn)方法描：用各種慰帶尖峰的煉表面使在攝其上冷凝放的液膜減防薄，以及胃使已凝結(jié)饑的液體盡調(diào)快從換熱竊表面上排鉤泄掉。瞞7伯、笛(1危)訓蒸發(fā)器都瞧設(shè)計在核樂態(tài)沸騰區(qū)菠。名(2費)智因為在核致態(tài)沸騰區(qū)奶小溫差能隙得到較強哲的換熱量吉，而在膜徹態(tài)沸騰區(qū)弱，達到同怨樣的換熱超強度，其愁壁面與飽蔑和溫度差朱大大增加墳，蒸發(fā)器籃很容易被顛燒毀。8、。罪9躍、挨(1)淺m柔·衡Ｋ。羊(2要)凈利用光纜炒測試最大劑輻射強度節(jié)時的波長恢，然后用獲上式計算方溫度。晉1疏0糊、判(1學)診氣體輻射己對波長具只有選擇性蝕；間(2拘)罪氣體輻射菌在整個容鹽積中進行活。旋二、推導籍題（勇1慶0儉分）厚在下圖所腥示直角坐芹標系中取膜微元體為謹分析對象室，分析對紐象為固定狐在空間中寬一定位置碰的一個控岔制體，其圣界面上不副斷有流體歐進、出，林因而熱力包學系統(tǒng)為畫一個開口含系統(tǒng)。根京據(jù)熱力學退第一定律雀，有（1）初式中：嫩—大—周流體質(zhì)量咱流量，敗kg/撥s碧；漆—輕—刷流體的比數(shù)焓，亞J/k服g鴨；之—混—默微元體的召熱力學能伐，蒼J島；讓—取—吵通過界面較由外界導仁入微元體測的熱流量熱，徒W說；犬—濫—肺流體所做殺的凈功，增J志；惱—隸—沖時間，鞠s罵；下銜標育“強i拋n起”蹤、廊“叫ou頓t災”這表示分別周流進、流冒出。獎流體流過燕微元體時贈位能、動榨能的變化媽可以忽略胖，并且流薯體不作功混；（帳1缸）式可簡禾化為：（a）幻在猴時間內(nèi)，財導入微元揮體的熱量災為：（b）被式中：接—甲—啊流體的導下熱系數(shù)，估；敬—轉(zhuǎn)—遠流體溫度暑，拼。摟考慮到流蘇體為不可蓄壓縮條件誼，因而劃；在磨時間內(nèi)微血元體中流攔體溫度改墓變了加，其熱力娘學能的增約量為：（c）諸式中：燒—罰—普流體的熱獎力學能的顧增量，量J較；貝—張—侵流體密度浸，拜kg/m各3嫁；舞—肉—削流體比定放壓熱容，須。孫由于流體障流入、流梳出微元體歸所帶入帶討出的焓差驅(qū)可以分別聰從匙x井及貢y羽方向加以遷計算。下召面分析戰(zhàn)x樸方向，在講時間內(nèi)，出由禁x時處的截面壤流入微元遍體的焓為燦：（d）穿式中：王—父—符在策x憂處流體沿嚴x炒方向帶入案微元體的鑰焓，素J技；米u綱—厘—趕流體沿爛x皂方向速度舊，版m/堂s久。羞同一時間白，由捐x+dx奧處截面流務出微元體轟的焓為：（e）且式中：祖—什—洞在煙x+dx臂處流體沿劈x賭方向帶入上微元體的柔焓，家J隙；棍u零—良—曾流體沿丘x隨方向的速醋度，沾m/船s進。銳（體e葬）、核（告f鍛）兩式相掛減，得萌時間內(nèi)，估在條x味方向上由鴉流體凈帶爭出微元體蒸的熱量，凝忽略高階佛無窮小，傲得（f）幫式中：戒—有—窩在湊x諷處抓,驚流體沿留x抖方向帶入乒微元體的送焓，較J漂；凱—摘—煎在醒x+dx塵處嫌,機流體沿鳥x烏方向帶入片微元體的眾焓，議J依；著u弓—鐘—戶流體沿摩x敘方向的速呼度，記m/曾s刻。件同理，偵y蠅方向上由君流體帶出縱微元體的悠熱量為：（g）食式中：玻—線—墨在席y宿處聞,欠流體謝沿柴y泳方向帶入宰微元體的裕焓嫁，撥J的；羊—音—身在鼓y+dy溫處智,凝流體沿替y朵方向帶入鴉微元體的骨焓，截J弟；衰v繼—揚—然流體沿脹y煙方向的速丘度，血m/雕s象。膜故，單位拼時間內(nèi)由怠于流體流恢動而帶出航的微元體鋤的凈熱量灣為：（h）績將式（硬b量）、壽（數(shù)c瘋）、付（卸h茂）帶入霉（佛a斷）并化簡料，得（2）仿非穩(wěn)態(tài)項冠對流項擴清散項確式中：倘v勾—璃—摘流體沿恨y壇方向的速塔度，柄m/撇s旁；完u斑—難—剖流體沿偽x駕方向的速塘度，寸m/稻s果；徹—柄—廢流體溫度市，伯℃放；膀—航—壁流體的導病熱系數(shù)，公；蠢—忌—突流體密度林，擾kg/m曾3癢；周—束—輩流體比定號壓熱容，移。挺當流體靜咱止時，公呢式勤(2企)扭退化為常估物性、無嘗內(nèi)熱源的仙導熱微分江方程。月三、計算卷題（每題跪1肢0迎分，幫共牌7體0替分）1、解：解：3、解津可以用集礙總參數(shù)法萄來求解：４、解：幕無遮熱板類時，單位臉面積的輻炎射換熱量躍：歐有遮熱板許時，單位轟面積的輻墓射換熱量悠：合輻射熱減胃少的百分憤數(shù)將為：５、解：℃馳％緊=7.灑4輸％棵６、解：蹲℃絮質(zhì)量流量忘M青：℃７、解：涉若用石棉蛾保溫：苦若用巖棉效保溫：亂由此可見費：若用石疊棉保溫，火臨界絕緣異直徑大于況管道直徑擺，加保